CN106941299A - 一种电机转子磁钢温度实时检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机转子磁钢温度实时检测装置及方法，包括测温装置和温度信号接收装置，所述测温装置固定于电机转轴，通过测温端连接至转子磁钢，所述温度信号接收装置固定于电机端盖内侧。本发明采用不同材质导体的两根测温导线，当测温端与参考端存在温度差，测温导线内会形成电位差从而产生电流，而在电机工作中，测温导线以及温度信号接收装置原边会高速转动，从而形成旋转磁场，根据电磁感应原理，可以从副边线圈电流，得到测温装置测得磁钢温度。本发明根据电磁感应原理获得电流信号，可有效解决转子工作过程中高速旋转带来的测量困难问题，避免其他机械连接方式存在的易损坏风险，同时大大提高了测量准确性及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电机温度检测，特别涉及一种电机转子磁钢温度实时检测装置及方法。
背景技术
目前新能源汽车电机正逐步趋向高功率密度、高速化，电机温升问题也逐渐凸显。电机内部磁钢对工作温度十分敏感，当磁钢温度过高，磁钢磁性能会急剧下降，导致电机性能随之下降，这对电机控制精度的保证带来很大难度，同时也大大增加了电机磁钢的失磁风险。车用永磁同步电机磁钢大多位于转子内部，其在工作过程中随转子高速转动，实时监测磁钢温度存在较大技术难度。
目前国内还没有对电机磁钢温度实时监测的成熟技术，专利《用于永磁同步电机转子磁钢温度的在线检测结构》（CN 204425122 U，）中包括测温元件和导电滑环，依靠导电滑环将测温元件测量信号穿出，实现转子温度在线检测。该专利披露的技术主要是依靠导电滑环实现测温元件信号传出，还是属于依靠机械连接的方式，电机在转速非常高的条件下很容易出现导电滑环的损坏，无法保证其工作的可靠性，且有可能出现导电滑环损坏导致电机内部短路从而损坏电机的问题。
发明内容
本发明目的是：提供一种电机转子磁钢温度实时检测装置及方法，有效避免电机转子高速旋转导致直接测量转子磁钢温度困难的问题。
本发明的技术方案是：
一种电机转子磁钢温度实时检测装置，包括电机转子、位于电机转子中心的电机转轴、位于电机转轴端部上方的电机端盖，所述转子磁钢固定于电机转轴外侧，还包括测温装置和温度信号接收装置，所述测温装置固定于电机转轴上，通过测温端连接至转子磁钢，所述温度信号接收装置固定于电机端盖内侧，温度信号接收装置非接触接收测温装置的温度信号。
优选的，所述测温装置包括第一测温导线和第二测温导线，两个测温导线平行布置、且端部互相连接构成回路；测温装置的一端为测温端，测温端通过电机转轴的轴中心孔连接至转子磁钢，测温装置的另一端为温度参考端，温度参考端沿电机轴向引出至电机端盖。
优选的，所述温度信号接收装置包括原边和副边，所述的第一测温导线和第二测温导线中部在温度信号接收装置的原边缠绕成线圈，固定在电机转轴端部；所述温度信号接收装置的副边为线圈绕线，固定在电机端盖内侧，并通过信号引出端引出电机端盖。
优选的，所述的第一测温导线和第二测温导线分别为两种不同材质、不同导热率的导电线。
优选的，所述的温度信号接收装置的测温端直接与转子磁钢连接，通过导热胶固定于转子磁钢表面。
优选的，所述的第一测温导线和第二测温导线在温度信号接收装置原边绕成的线圈的进出线方向均与电机转轴的轴向相同，与温度信号接收装置副边垂直。
一种电机转子磁钢温度实时检测的方法，使用上述电机转子磁钢温度实时检测装置，包括步骤：
S1、根据信号引出端读出的电流值大小计算得出温度接收装置原边线圈内电流值大小；
S2、根据原边线圈电流值大小计算得出测温端温度T与温度参考端温度Ta之间温差△T；
S3、计算得出测温端温度T，即为磁钢温度，T=Ta+△T。
优选的，步骤1中的换算关系根据温度信号接收装置原边和副边的绕线匝数计算，或通过仿真得到。
优选的，所述的温度参考端温度Ta由设置于电机端盖上的温度传感器采集得到。
本发明的优点是：
1．本发明所提供的转子磁钢温度实时检测装置及方法，巧妙地利用了电机转子高速旋转产生一定强度的旋转磁场，根据电磁感应原理获得电流信号，可有效解决转子工作过程中高速旋转带来的测量困难问题，避免依靠导电滑环等其他机械连接方式存在的易损坏风险，同时大大提高了测量准确性及稳定性。
2．本发明装置完全集成在电机转子内部，在电机壳体内部不存在外部线路，无需预留内部空间，减小了电机整体体积，且结构方式简单，工艺实现较为容易。
3．本发明将转子高速旋转这一导致测量困难的问题点利用起来，在温度接收装置内部形成一高速旋转磁场，利用电磁感应原理采用非接触的方式得到温度信号，测量温度准确及时，利于达到提高扭矩控制精度的目的，同时降低了电机转子磁钢失磁风险。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明所述的电机转子磁钢温度实时检测装置的轴向截面剖视图；
图2是本发明测温装置和温度信号接收装置的结构示意图；
图3是本发明温度信号接收装置的结构俯视图；
其中，1为电机壳体，2为电机定子铁芯，3为电机绕组，4为电机转子，5为转子磁钢，6为测温装置，6-1为测温装置测温端，6-2为测温装置温度参考端，6-3为第一测温导线，6-4为第二测温导线，7为电机端盖，8为温度信号接收装置原边，9为温度信号接收装置副边，10为信号引出端，11为电机转轴。
具体实施方式
如图1所示，为本发明所揭示的电机转子磁钢温度实时检测装置的示意图，图1中电机包括：电机壳体1及其内部的电机定子铁芯2、定子铁芯2上的电机绕组3、位于电机中心处的电机转子4、位于电机转子中心的电机转轴11、位于电机转轴端部上方的电机端盖7和固定于电机转轴10外侧的转子磁钢5。
图1-3中本发明的电机转子磁钢温度实时检测装置包括测温装置6和温度信号接收装置。所述测温装置6包括第一测温导线 6-3和第二测温导线 6-4，两个测温导线平行布置、且端部互相连接构成回路；测温装置6的一端为测温端6-1，测温端6-1通过电机转轴的轴中心孔连接至转子磁钢5，测温装置6的另一端为温度参考端6-2，温度参考端6-2沿电机轴向引出至电机端盖。所述温度信号接收装置包括原边8和副边9，所述的第一测温导线和第二测温导线中部在温度信号接收装置的原边8缠绕成线圈，固定在电机转轴11端部；所述温度信号接收装置的副边9为线圈绕线，固定在电机端盖内侧，并通过信号引出端10引出电机端盖。所述的第一测温导线和第二测温导线在温度信号接收装置原边绕成的线圈的进出线方向均与电机转轴的轴向相同，与温度信号接收装置副边垂直。
本发明的所述的第一测温导线和第二测温导线分别为两种不同材质、不同导热率的导电线。当有两种不同的第一测温导线和第二测温导线组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，测温端6-1温度为T，温度参考端6-2温度为Ta，回路中将产生一个电动势，即热电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。
本发明在具体实施时，所述的温度信号接收装置6的测温端6-1通过电机转轴的轴中心孔直接与转子磁钢5连接，通过导热胶固定于转子磁钢5表面，精确测量转子磁钢5表面温度。
本发明使用上述实施例的电机转子磁钢温度实时检测装置的方法，具体如下。
电机转子磁钢温度实时检测装置的原理为：当测温端与参考端存在一定的温度差，且第一测温导线与第二测温导线属于不同材质导体，测温导线内会形成一定的电位差从而产生一定大小的电流，而在电机工作中，测温导线以及温度信号接收装置原边会随着电机转子高速转动，从而形成一个旋转磁场，根据电磁感应原理，温度信号接收装置副边线圈会产生一定大小的电流。根据信号引出端读出的电流值大小得到测温装置测得磁钢温度。具体方法步骤如下：
S1、根据信号引出端读出的电流值大小计算得出温度接收装置原边线圈内电流值大小，换算关系根据温度信号接收装置原边和副边的绕线匝数计算，或通过仿真得到；
S2、根据原边线圈电流值大小计算得出测温端温度T与温度参考端温度Ta之间温差△T；所述的温度参考端温度Ta由设置于电机端盖上的温度传感器采集得到；
S3、计算得出测温端温度T，即为磁钢温度，T=Ta+△T。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电机转子磁钢温度实时检测装置，包括电机转子、位于电机转子中心的电机转轴、位于电机转轴端部上方的电机端盖，所述转子磁钢固定于电机转轴外侧，其特征在于：还包括测温装置和温度信号接收装置，所述测温装置固定于电机转轴上，通过测温端连接至转子磁钢，所述温度信号接收装置固定于电机端盖内侧，温度信号接收装置非接触接收测温装置的温度信号。
2.根据权利要求1所述的电机转子磁钢温度实时检测装置，其特征在于：所述测温装置包括第一测温导线和第二测温导线，两个测温导线平行布置、且端部互相连接构成回路；测温装置的一端为测温端，测温端通过电机转轴的轴中心孔连接至转子磁钢，测温装置的另一端为温度参考端，温度参考端沿电机轴向引出至电机端盖。
3.根据权利要求2所述的电机转子磁钢温度实时检测装置，其特征在于：所述温度信号接收装置包括原边和副边，所述的第一测温导线和第二测温导线中部在温度信号接收装置的原边缠绕成线圈，固定在电机转轴端部；所述温度信号接收装置的副边为线圈绕线，固定在电机端盖内侧，并通过信号引出端引出电机端盖。
4.根据权利要求3所述的电机转子磁钢温度实时检测装置，其特征在于：所述的第一测温导线和第二测温导线分别为两种不同材质、不同导热率的导电线。
5.根据权利要求3所述的电机转子磁钢温度实时检测装置，其特征在于：所述的温度信号接收装置的测温端直接与转子磁钢连接，通过导热胶固定于转子磁钢表面。
6.根据权利要求3所述的电机转子磁钢温度实时检测装置，其特征在于：所述的第一测温导线和第二测温导线在温度信号接收装置原边绕成的线圈的进出线方向均与电机转轴的轴向相同，与温度信号接收装置副边垂直。
7.一种电机转子磁钢温度实时检测的方法，其特征在于，使用权利要求1-6中任一项所述的电机转子磁钢温度实时检测装置，包括步骤：
S1、根据信号引出端读出的电流值大小计算得出温度接收装置原边线圈内电流值大小；
S2、根据原边线圈电流值大小计算得出测温端温度T与温度参考端温度Ta之间温差△T；
S3、计算得出测温端温度T，即为磁钢温度，T=Ta+△T。
8.根据权利要求7所述的电机转子磁钢温度实时检测的方法，其特征在于：步骤1中的换算关系根据温度信号接收装置原边和副边的绕线匝数计算，或通过仿真得到。
9.根据权利要求7所述的电机转子磁钢温度实时检测的方法，其特征在于：所述的温度参考端温度Ta由设置于电机端盖上的温度传感器采集得到。
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